[发明专利]一种基于光电编码器和激光测距传感器的船舶柴油机臂距值测量方法及装置

说明书

本发明公开一种基于光电编码器和激光测距传感器的船舶柴油机臂距值测量方法及装置。利用光电编码器实时采集发动机的转速同步信号和上止点信号并输出给系统控制与数据采集处理单元；接收单元接收发射单元的参考信号及回波信号并转化为电信号；经外围数据电路处理后，由时刻鉴别与时间间隔测量单元计算出其时间间隔，由系统控制与数据采集处理单元依据算法完成时间间隔与臂距值的转换，并实现臂距值与曲轴角度值的对应关系。本发明发射单元与接收单元同侧布置，待测气缸曲柄臂之间无硬件连接，不会出现机械式仪表测量时，在连杆安装的情况下容易发生连杆撞表的情况，激光测量臂距值可靠性好，测量精度高，特别适于大缸径船舶柴油机臂距值测量。

技术领域

本发明涉及内燃机测控技术及故障诊断与维修领域。

背景技术

曲轴作为船舶柴油机最重要的部件，成本占整机的40％左右。曲轴结构复杂，应力集中严重，附加应力大。特别是在曲轴结构强度低及主轴承磨损不均时，会引起轴线弯曲，加速弯曲疲劳损坏，极端情况下出现断轴事故。因此，对曲轴臂距值进行定期检测，成为判断曲轴轴线状态的重要参数，同时也是预防曲轴发生弯曲疲劳破坏的重要手段。

目前船舶柴油机曲轴臂距值的测量仍采用传统的机械式拐档表人工测量法。测量时需将拐档表安装在曲柄臂之间的固定位置上，并要求与曲柄销颈平行。对于在运行中的柴油机，由于活塞连杆组已安装在曲轴上，当要测量曲柄处于下死点位置的臂距值L下时，连杆正好处于两侧曲柄臂中间，拐档表无法安装，实际操作中，曲柄销在下死点的臂距值L下将由曲柄销位于下死点前15°和下死点后15°(度数没严格规定，只要求对称及不碰连杆为准)两位置臂距值L前15°、L后15°的平均值来代替，即L下＝(L前15°+L后15°)/2。因此安装连杆的情况下，要测0°、90°、165°、195°、270°的五个曲柄位置的臂距值，其中0°为上止点位置，通过按正车盘车，可一次装表完成5个曲柄位置的臂距值测量。由于曲轴转角的读取及拐档表数值的读取均存在测量误差，且在有连杆的情况下测量，容易出现连杆与拐档表相撞，造成拐档表脱落损坏的问题。为克服这一问题，海军工程大学的刘伯运、朱宝成等人运用激光和线阵位移测量系统尝试柴油机的臂距差测量，方法新颖，但是由于曲轴轴线变形有两种即拱腰变形和塌腰变形，上述测量方法只能适用一种变形情况，存在测量的局限性。集美大学的林金表、王勇设计了一种利用霍尔效应实现臂距差测量的传感器，通过有限元分析方法计算了圆柱永磁体周围磁场的空间分布，研究了两永磁体同极对称布置的位置和霍尔元件与永磁体的相对安装位置对传感器微位移测量精度的影响，但这种方法的测量范围受限制，只有在0-2mm范围内，测量系统的输出与位移呈线性关系，超出此范围则测量精度会出现较大偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明的内容是提供一种基于曲轴位置传感器和激光测距传感器的船舶柴油机臂距值测量方法和装置。其不但可以避免采用机械式仪表人工测量时容易出现的连杆撞表问题，可靠性提高；而且测量精度高，可以最大限度减小测量误差。特别适于大缸径船舶柴油机的臂距值测量，有较大的应用前景和市场空间。

本发明提供的基于光电编码器和激光测距传感器的船舶柴油机臂距值测量方法，包括以下步骤：

1)获取发动机的转速同步信号和上止点信号的步骤，将光电编码器安装在柴油机的曲轴自由端，实时采集发动机的转速同步信号和上止点信号后输出给系统控制和数据采集处理单元；

2)获取激光参考信号和回波信号的步骤，将激光测距传感器的激光脉冲发射单元安装在柴油机待测气缸的曲柄臂上，与接收单元同侧布置，用于实时发出激光脉冲信号及参考信号；接收单元用于接收激光参考信号和回波信号并转换为电信号；

3)计算激光参考信号和回波信号时间间隔的步骤，通过外围数据电路对参考信号和回波信号电信号进行放大、滤波和整形，输出到时刻鉴别与时间间隔测量单元，时刻鉴别与时间间隔测量单元以参考信号作为计时开始时刻，以激光回波信号作为计时结束时刻，并据此计算出两信号的时间间隔；